В последнее время все более популярными становятся системы отопления загородных домов, основанные на использовании тепловых насосов. Тепловой насос – это устройство, которое использует тепловую энергию окружающей среды (воздуха, воды или грунта) для обогрева помещений и подогрева воды. В зависимости от источника тепловой энергии применяют аэротермальные (воздушные), геотермальные (грунтовые) или акватермальные (водные) тепловые насосы.
На первый взгляд идея отапливать дом за счет тепловой энергии, например, морозного воздуха кажется странной. Но на самом деле в этой идее нет ничего странного или противоречащего физическим законам. Ведь второе начало термодинамики запрещает передачу тепла от менее нагретого тела к более нагретому, если это единственный результат процесса теплообмена. Если же в процессе передачи тепловой энергии совершается работа, то можно нагревать более теплое тело за счет тепловой энергии более холодного тела. Это, например, происходит в холодильнике, где за счет работы, совершаемой компрессором, тепловая энергия отбирается у морозильной камеры и передается горячей решетке теплообменника на задней стенке.
Под тепловой энергией в физике понимают энергию поступательного движения молекул вещества, без учета энергии их взаимодействия и энергии движения тела как целого. В жидкостях и газах тепловая энергия обусловлена хаотическим движением, а в твердых телах – колебательным движением молекул. Тепловой энергией обладает любое тело при температурах, превышающих абсолютный нуль. Тепловой энергией обладают, в том числе, воздух при низких температурах, грунт или вода при температурах, значительно ниже комнатной. Вопрос заключается лишь в том, как передать тепловую энергию от окружающей среды в дом и насколько это экономически оправдано.
В тепловых насосах используется тот факт, что при испарении жидкости она охлаждается, а при сжатии пара и его конденсации происходит нагревание. Современные хладагенты имеют очень низкие температуры кипения. Например, распространенный хладагент – фреон R410a закипает при температуре минус 48,5 градусов Цельсия. Хладагент, который используется в тепловых насосах, закипает даже при низких температурах окружающей среды, достаточно, чтобы они превышали его температуру кипения.
В общих чертах принцип действия тепловых насосов следующий. Теплоноситель (антифриз) прокачивается через теплообменник, помещенный в источник тепловой энергии (грунт, вода, атмосферный воздух), получая от него тепловую энергию. В испарителе эта тепловая энергия передается хладагенту (фреону), обеспечивая его кипение и испарение. При этом антифриз охлаждается и возвращается в теплообменник окружающей среды, где он снова нагревается до температуры окружающей среды, получая очередную порцию ее тепловой энергии. Парообразный хладагент подается в компрессор, где сжимается, нагреваясь до температуры 80 – 90 градусов Цельсия, и подается в теплообменник (конденсатор) системы отопления. В конденсаторе происходит передача тепла от хладагента к теплоносителю отопления и горячего водоснабжения дома. Затем происходит конденсация хладагента и цикл повторяется.
Тепло в доме берется, за счет тепловой энергии окружающей среды, которая затрачивается на нагрев антифриза и затем на кипение хладагента и его испарение. Кроме того, на работу компрессора затрачивается электрическая энергия. В оптимальных условиях 3/4 количества теплоты, необходимого для поддержания комфортной температуры в доме, получается за счет тепловой энергии окружающей среды, а 1/4 – за счет электроэнергии, потребляемой компрессором.
У тепловых насосов есть как горячие сторонники, так и не менее горячие противники. Сторонники утверждают, что эта система позволяет экономить электроэнергию, безопасна, полностью автоматизирована – ею можно управлять даже через Wi-Fi. Зимой она может работать на отопление, а летом –на охлаждение дома. Противники подвергают сомнению ее экономическую целесообразность. В самом деле, стоимость установки под ключ системы геотермального теплового насоса для стандартного загородного дома составляет около одного миллиона рублей. Такая система даже в сравнении с электрической системой отопления сможет окупиться, по разным оценкам, не ранее, чем через 15 – 20 лет. Это соответствует среднему сроку службы теплового насоса. Через 15 – 20 лет эту систему придется капитально ремонтировать или заменять. Так что экономическая целесообразность применения тепловых насосов по сравнению с системой отопления на основе электрического котла, по крайней мере, вызывает сомнения. Если же к дому проведен магистральный газ, то тепловой насос не сможет конкурировать с системой отопления на основе газового котла по экономическим соображениям. Надо также иметь в виду, что при перебоях с электроэнергией тепловой насос не работает, поэтому необходима резервная система отопления.
Многие используют более простые и недорогие системы – тепловые насосы типа «воздух-воздух», которые по сути представляют собой обычные кондиционеры, работающие на нагрев. Но такие системы мало эффективны при отрицательных температурах. В зимнее время все равно потребуется дополнительная система отопления.
Для того, чтобы решить, стоит ли применять в своем загородном доме тепловой насос, следует тщательно оценить все плюсы и минусы, сравнить стоимость монтажа и возможные выгоды от снижения потребления электроэнергии. Если к дому проведен магистральный газ, то газовый котел будет вне конкуренции. Если существует лимит на потребление электроэнергии, то возможно использование теплового насоса будет хорошим решением.
«Raivola House» – мы создаем комфорт!
